摘要 設(shè)計(jì)了一種汽車日行燈自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由工業(yè)計(jì)算機(jī)、高性能數(shù)字?jǐn)z像機(jī)硬件平臺(tái)和LabVIEW軟件平臺(tái)兩部分構(gòu)成。采用攝像機(jī)拍攝一張標(biāo)準(zhǔn)日行燈圖片作為模板，對(duì)待測(cè)試的日行燈進(jìn)行圖像采集且與模板比較。由模板定位出測(cè)試窗口，然后對(duì)各個(gè)窗口進(jìn)行RGB模型分析和HSL模型分析，從而完成對(duì)日行燈顏色和明度的檢測(cè)。此外，系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)多個(gè)窗口進(jìn)行分析，并可實(shí)時(shí)顯示測(cè)試畫面和測(cè)試結(jié)果，一次測(cè)試時(shí)間不超過6s，且準(zhǔn)確度和重復(fù)性較好，已在實(shí)際中應(yīng)用。

日行燈(Daytime Running Light，DRL)是近年來興起的一種信號(hào)燈具。一般安裝在汽車前大燈中，其功效是為了使車輛在白天行駛時(shí)更容易被識(shí)別。據(jù)統(tǒng)計(jì)，開啟日行燈可降低12.4%的車輛意外，以及降低26.45%的車禍死亡率。最初的生產(chǎn)線由人眼去識(shí)別日行燈的顏色異常和亮度異常，長(zhǎng)時(shí)間的工作會(huì)對(duì)眼睛造成較大傷害，且也會(huì)造成良品率的下降。根據(jù)這一需求，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩個(gè)部分構(gòu)成，一是拍攝一張標(biāo)準(zhǔn)日行燈圖片作為模板，二是將需要測(cè)試的日行燈與之進(jìn)行比較。前一部分主要完成窗口數(shù)量和位置的確定，以及窗口部分顏色特性的分析，并將這些參數(shù)保存下來。后一部分在實(shí)際測(cè)試中，在模板圖片中模板窗口位置范圍內(nèi)尋找測(cè)試窗口、提取測(cè)試窗口顏色并與標(biāo)準(zhǔn)模板窗口顏色進(jìn)行比較、顯示測(cè)試結(jié)果和保存結(jié)果。本系統(tǒng)由工業(yè)數(shù)字彩色攝像機(jī)采集圖像，圖像分辨率為680×480，在保證了圖像質(zhì)量的同時(shí)也提高了系統(tǒng)的測(cè)試速度，系統(tǒng)能同時(shí)對(duì)多達(dá)15個(gè)測(cè)試窗口進(jìn)行分析。整個(gè)測(cè)試流程耗費(fèi)的時(shí)間不到6 s，且準(zhǔn)確度和重復(fù)性好。

1 原理與組成

1.1 測(cè)試原理

LabVIEW是美國(guó)NI公司推出的一種基于圖形化編程的軟件開發(fā)工具，也是當(dāng)今國(guó)際上唯一的編譯型圖形化編程語言，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。本系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要基于NI LabVIEW的機(jī)器視覺模塊以及圖像處理技術(shù)。系統(tǒng)通過攝像機(jī)采集車燈日行燈標(biāo)準(zhǔn)樣燈圖像作模板，以多窗口的方式將待測(cè)試的區(qū)域細(xì)分，對(duì)每一個(gè)窗口單獨(dú)測(cè)量得出色度和明度數(shù)據(jù)，以RGB模型3個(gè)分量所占的比例來表示所提取窗口模板的顏色組成，即以R、G、B各分量所占的比重來表示顏色偏向。用HSL模型中的明度分量L表示亮度。以模板所得的亮度值以及R、G、B各分量比例在各自允許公差下組成合格模板。然后保存到配置文件，供實(shí)時(shí)檢測(cè)使用。

1.2 系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

如圖1所示系統(tǒng)主要由4部分組成：(1)圖像采集，由攝像機(jī)對(duì)點(diǎn)亮的日行燈進(jìn)行圖像采集。這里要注意攝像頭光圈和焦距的調(diào)節(jié)以及白平衡的校準(zhǔn)。所采集的圖像必須是處于亮度不飽和且顏色不失真的狀態(tài)，以最接近日行燈真實(shí)狀況。(2)模板制作，以標(biāo)準(zhǔn)日行燈樣件的圖像作模板確定窗口的數(shù)目和位置信息，并對(duì)每個(gè)窗口進(jìn)行分析，提取出R、G、B、L的信息，并設(shè)置各個(gè)分量的可允許公差，組成測(cè)試模板。(3)圖像實(shí)時(shí)處理，在對(duì)被測(cè)試產(chǎn)品所采集的圖像上，根據(jù)測(cè)試模板上的窗口位置信息確定所有待測(cè)試窗口位置，并逐一分析窗口得出R、G、B、L分量數(shù)據(jù)，各分量數(shù)據(jù)與測(cè)試模板相匹配，判斷合格與否。(4)結(jié)果，對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示和保存。

2 LabVIEW的編程實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要基于LahVIEW中的機(jī)器視覺模塊，機(jī)器視覺模塊可提供大量的有關(guān)于圖像處理的函數(shù)使用，且可提供良好的人機(jī)交互界面，對(duì)于快速開發(fā)測(cè)量系統(tǒng)較為方便。

2.1 前面板設(shè)計(jì)

前面板給測(cè)試提供一個(gè)友好的界面，如圖2所示，系統(tǒng)面板包括圖像顯示控件，燈控制模塊、窗口選擇模塊、標(biāo)準(zhǔn)范圍模塊和攝像頭設(shè)置模塊。燈控制部分可控制燈的開關(guān)狀態(tài)。窗口選擇部分可定義窗口的顏色、激活狀態(tài)、名稱，通過截取窗口按鈕可在圖片中定義所選定窗口的大小，通過選擇Active選擇項(xiàng)可激活窗口以將該窗口添加到測(cè)試中去，否則該窗口將不被檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)范圍模塊用來制作模板，定義公差和測(cè)試數(shù)據(jù)顯示。若測(cè)試合格則指示燈為綠色，結(jié)果中不顯示數(shù)據(jù)。若測(cè)試不合格，則指示燈為紅色，結(jié)果以紅色字體顯示不合格的數(shù)據(jù)指標(biāo)。攝像頭設(shè)置模塊可以設(shè)置攝像頭的參數(shù)，以保證拍到的圖像效果最佳。最后還可對(duì)測(cè)試的結(jié)果導(dǎo)出Excel文件進(jìn)行分析。

2.2 窗口模板的提取

模板的提取對(duì)整個(gè)測(cè)試結(jié)果有決定性作用。所有的測(cè)試判斷均基于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)日行燈樣燈提取的模板數(shù)據(jù)來進(jìn)行。日行燈一般呈條狀光斑出現(xiàn)，由一根光導(dǎo)或多顆LED燈珠組成。為了對(duì)整個(gè)條狀光斑進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)以多窗口的方式將整條光斑細(xì)分，每個(gè)窗口獨(dú)立成一個(gè)模板。對(duì)每個(gè)窗口進(jìn)行測(cè)試則可完成對(duì)整條光斑的測(cè)試。LabVIEW中IMAQ Wind GetROI.vi可在一幅圖像中任意的劃定范圍作為感興趣的區(qū)域，且返回所選區(qū)域的像素坐標(biāo)。本系統(tǒng)以矩形來提取模板作為窗口模板。

如圖3所示，程序的主要功能是選取感興趣的區(qū)域后，雙擊鼠標(biāo)左鍵，系統(tǒng)如果檢測(cè)到鼠標(biāo)有“Doubleclick event”(鼠標(biāo)雙擊事件)發(fā)生，則退出模板采集界面，并記錄下窗口的坐標(biāo)信息ROI。在此，提取的窗口信息在制作模板時(shí)被保存為所采集窗口模板的信息，在后續(xù)的測(cè)試中還直接作為測(cè)試區(qū)域來對(duì)待測(cè)日行燈圖像進(jìn)行測(cè)試。

2.3 窗口模板分析

如圖4所示，本程序模塊的主要功能是對(duì)前面提取的窗口進(jìn)行分析，提取出窗口的RGB信息及明度信息。

本功能主要由兩個(gè)vi實(shí)現(xiàn)，分別為IMAQ Extract.vi和IMAQ ExtlractColorPlanes.vi。IMAQ Extract.vi的主要功能是在一幅圖像中根據(jù)給定的范圍來截取圖像。這里以窗口模板中提取的窗口信息ROI作為圖像截取區(qū)域。所提取的圖像區(qū)域作為待測(cè)試窗口供給后面的程序模塊進(jìn)行分析。IMAQ ExtlractColorPlanes.vi主要功能是對(duì)所給定的圖像進(jìn)行分析，并可選定色彩模型，包括RGB，HSL，HSV和HIS，針對(duì)特定的色彩模型作特定的特性分析。本系統(tǒng)主要對(duì)RGB和HSL兩個(gè)色彩模型作分析。RGB模型用于分析圖像的三基色成分比例，HSL用來分析圖像的明度信息。然后經(jīng)過直方圖分析以均值的形式得出各指標(biāo)具體數(shù)據(jù)。并將具體的數(shù)據(jù)和各自的公差組成合格模板保存到配置文件供給待測(cè)日行燈測(cè)試使用。在實(shí)時(shí)檢測(cè)時(shí)，從該模塊得出待測(cè)窗口的數(shù)據(jù)，并與合格模板做比較，得出測(cè)試結(jié)果。

2.4 窗口圖像處理

首先通過讀取之前保存的日行燈標(biāo)準(zhǔn)樣燈窗口模板信息得出ROI，即如圖5所示的homops_hl，homops_vl，homops_hh，homops_vl所組成的矩形區(qū)域。并將這4個(gè)坐標(biāo)組建成數(shù)組的形式傳送到RGB—LED.vi中去，該VI根據(jù)數(shù)組表示的矩形區(qū)域截取窗口圖像，對(duì)測(cè)試窗口進(jìn)行定位。然后對(duì)窗口圖像進(jìn)行色度和明度的分析，得出R、G、B三分量的值和明度值，并與合格模板對(duì)比，判定合格與否。并將測(cè)試結(jié)果傳送到vi外。程序利用for循環(huán)的特性，對(duì)所有定義并激活的窗口進(jìn)行分析，若某一窗口出現(xiàn)亮度或色度不合格，RCB—LED.vi會(huì)傳遞一個(gè)布爾量F給條件結(jié)構(gòu)，當(dāng)條件結(jié)構(gòu)接收到布爾量F時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部程序便對(duì)窗口測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，是色度不合格還是明度不合格，并記錄窗口的編號(hào)。以便將報(bào)錯(cuò)信息傳送到結(jié)果中顯示。若RGB—LED.vi并未傳送出布爾量F，則表示所有窗口的所有待測(cè)指標(biāo)均合格，整個(gè)測(cè)試合格。

3 系統(tǒng)準(zhǔn)確度和重復(fù)性分析

3.1 系統(tǒng)準(zhǔn)確度分析

系統(tǒng)采用RGB三分量所占比例的方式來表示顏色的偏向，因此對(duì)不同顏色的圖片，R、G、B三分量所占比例是不同的。圖6為5張數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝的車燈DRL圖像。其中4張顏色異常圖像，DRL顏色分別偏紅、偏綠、偏藍(lán)、偏黃以及1張標(biāo)準(zhǔn)車燈DRL圖像。

表1為從5張圖像測(cè)得的色度和明度數(shù)據(jù)。選定一個(gè)窗口，對(duì)5張圖像中的同一個(gè)窗口做色度和明度的分析，得出數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)可知系統(tǒng)的準(zhǔn)確度比較高。偏紅圖像的R分量所占比例高達(dá)41.4%，偏綠的G分量為38%，偏藍(lán)的B分量為44.33。對(duì)于正常圖像，R、G、B三分量則較為接近。明度與圖像的最多顏色成分和最少的顏色成分的總量有關(guān)。明度越小，圖像越趨于黑色。亮度越高圖像越趨于明亮的白色。表1中明度分量L的變化也符合色彩差異帶來的色彩明度變化。

3.2 系統(tǒng)重復(fù)性分析

這里對(duì)顏色正常DRL圖像的同一窗口作反復(fù)測(cè)試，測(cè)試次數(shù)為10次，表2為測(cè)試所得的數(shù)據(jù)。由數(shù)據(jù)可得各分量方差VAR(R)=0.0008944;VAR(G)=0.0003211;VAR(B) =0.0 003211;VAR(L) =0.0005333。各指標(biāo)方差都達(dá)到萬分位精度，可見數(shù)據(jù)的波動(dòng)性微小，系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)值較為穩(wěn)定，且系統(tǒng)的重復(fù)性較好。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)充分利用了計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理技術(shù)在工業(yè)檢測(cè)上的優(yōu)點(diǎn)，LahVIEW可視化編程語言提供了可利用的機(jī)器視覺模塊，使計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理技術(shù)結(jié)合在一起，并能提供一個(gè)智能的人工交互界面，相比傳統(tǒng)的人眼檢測(cè)方法有明顯的優(yōu)勢(shì)：(1)測(cè)試效率高。(2)準(zhǔn)確率高，穩(wěn)定性好。(3)連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，節(jié)約人工成本。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確度分析和重復(fù)性分析，驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著日行燈的普及使用，相信該系統(tǒng)的使用價(jià)值將越來越大。